Теория проектирования сменных многогранных пластин с рациональной геометрией для чистового точения с дроблением стружки
Диссертация
Автор: Хлудов, Сергей Яковлевич
Название: Теория проектирования сменных многогранных пластин с рациональной геометрией для чистового точения с дроблением стружки
Справка: Хлудов, Сергей Яковлевич. Теория проектирования сменных многогранных пластин с рациональной геометрией для чистового точения с дроблением стружки : диссертация доктора технических наук : 05.03.01 Тула, 2007 487 c. : 71 07-5/447
Объем: 487 стр.
Информация: Тула, 2007
Содержание:
1 ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ ВВЕДЕНИЕ
2 СОВРЕМЕННОЕ С0СТ0ЯНР1Е НРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СМП
3 Методология проектирования передней поверхности сменных многогранных пластин
4 Анализ существующих направлений соверщенствования процесса чистового точения
5 Анализ существующих подходов к обеспечению рационального процесса стружкообразования при точении
6 Современное состояние проблемы обеспечения дробления стружки
7 Типы и формы стружки, образующейся при точении Нонятие благоприятной формы стружки
8 Анализ существующих теорий и экспериментальных исследований процесса завивания стружки
9 Анализ существующих методов дробления стружки
10 Цель и задачи исследования
11 ИССЛЕДОВAHPffi ОСОБЕННОСТЕЙ КОНСТРУКЦИЙ СМН
12 История развития твердосплавного инструмента
13 Анализ конструктивных особенностей современных СМН
14 Анализ функционального назначения участков передней поверхности СМН Классификация элементарных участков передней поверхности
15 Анализ схем резания при точении
16 Схема резания с полной передней поверхностью
17 Схемы резания с двойной передней поверхностью с выступами и уступами
18 Реализация схем резания в современных конструкциях пластин
Выводы
19 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА СТРУЖКООБРАЗОВАНИЯ
20 Анализ моделей процесса стружкообразования при использовании дискретных методов
21 Общая постановка задач конечного упругопластического деформирования
22 Кинематика процессов
23 Основные соотношения процессов упругопластического конечного деформирования
24 Постановка задачи конечного упругопластического деформирования
25 Модель процесса
Глава III
11 Численное моделирование процесса резания
12 Численная формулировка проблемы
13 Метод интегрирования разрешающих уравнений
14 3 Алгоритм решения краевой задачи упругопластичности
15 Проверка правильности реализации математической модели
16 Анализ поведения модели при пластических деформациях
17 Модель процесса конечно-элементного
Глава материала
21 Построение модели внедрения жесткого клина в полубесконечное упруго-пластическое тело
22 8, Механизм учета трения в модели резания
23 Математическое моделирование процесса резания
24 Процесс свободного резания
25 2 Факторы, влияющие на процесс стружкообразования
26 Граничные условия при моделировании
27 Конечно-элементная реализация процесса резания
28 Моделирование установившегося режима резания
29 Итерационный процесс на шаге
210 Обоснование выбора числа конечных элементов
211 Сравнение экспериментально найденных и расчетных значений сил резания
212 Анализ моделей процесса стружкообразования при использовании интегральных методов
213 Математическая модель стружкообразования с линией разрыва перемещений
214 Условная расчетная схема процесса резания и основные допущения
215 Закон сохранения массы
216 Баланс импульса
217 Баланс момента импульса
218 Уравнение энергетического баланса (первый закон термодинамики)
219 Условие прочности
220 Алгоритм вычислений
221 Моделирование процесса точения
Выводы
222 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СТРУЖКОДРОБЛЕНИЯ ПРИ ТОЧЕНИИ
223 Методика экспериментальных исследований стружкообразования при чистовом точении
224 Процесс разрушения стружки в форме винтовой спирали,
225 Процесс дробления стружки в форме плосковинтовой спирали
226 Процесс разрушения стружки в форме цилиндрической спирали
227 Процесс разрушения стружки в форме плоской спирали
228 Устойчивый и нестабильный процессы дробления сливной стружки
ВЫВОДЫ
229 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ ФОРМЫ СТРУЖКИ И ПРОЦЕССА ЕЕ ДРОБЛЕНИЯ СИСТЕМА НЕОБХОДИМЫХ И ДОСТАТОЧНЫХ УСЛОВИЙ
230 Кинематическая модель формирование сливной стружки,
231 Определение скорости движения точки поперечного сечения срезаемого припуска
232 Определение скорости движения точки поперечного сечения стружки
233 Методика управления формой стружки
234 Прогнозирование процесса дробления стружки при точении
235 Характеристики процесса дробления сливной стружки
236 Критерии дробления стружки и обоснование необходимых и достаточных условий ее дробления
237 Экспериментальная проверка методики прогнозирования дробления стружки
ВЫВОДЫ
238 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ФОРМЫ РЕЖУЩЕЙ КРОМКИ СМП ДЛЯ ЧИСТОВОЙ ОБРАБОТКИ
239 Теоретическое и экспериментальное обоснование формы режущей кромки, обусловленной формой передней поверхности
240 Теоретическое и экспериментальное обоснование формы режущей кромки, обусловленной формой задней поверхности
241 Определение параметров поперечного сечения срезаемого слоя
242 Установление закономерностей влияния режимов резания в условиях чистового точения на направление схода стружки и геометрические параметры срезаемого слоя
243 Вариант исполнения криволинейной части режущей кромки с одним переходным участком
244 Исполнение криволинейной части режущей кромки с двумя переходными участками
ВЫВОДЫ 347,
245 ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПЕРЕДНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ СМП
246 Экспериментальные исследования влияния участков передней поверхности современных конструкций СМП на стружкообразование при чистовом точении
247 Обоснование геометрических параметров выступов и их размещения относительно вершины СМП
248 Исследование особенностей взаимодействия выступа со стружкой в плоскости перпендикулярной к передней поверхности
249 Определение координат центра тяжести поперечного сечения срезаемого слоя при работе криволинейным участком режущей кромкой
250 Экспериментальное исследование влияния высоты выступа на радиус витка
251 Влияние выступов на форму стружки и параметры ее витка
252 Исследование влияния видоизмененной формы режущей кромки СМП на процесс чистового точения
253 Экспериментальные исследования влияния видоизмененной режущей кромки на шероховатость обработанной поверхности и стойкость режущей пластины
254 Влияние видоизмененной формы режущей кромки на дробление стружки
255 Влияние видоизмененной формы режущей кромки на силы и температуру резания
256 Режущая пластина с локальными ротационными элементами
257 Конструкции режущих пластин с ротационными стружкозавивающими элементами
258 Исследование работоспособности режущей пластины с ротационными элементами
ВЫВОДЫ ЗАКЛЮЧЕИИЕ ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И
ВЫВОДЫ
Список используемых источников Нриложение
Введение:
В автоматизированном производстве при организации процесса механической обработки пластичных материалов групп Р и М наиболее острой является проблема обеспечения дробления стружки и достижения требуемого качества обработанной поверхности [1-10]. В условиях многостаночного обслуживания станков с ЧПУ и малолюдной технологии в ГПС, отсутствие дробления стружки препятствует автоматизации процесса резания и снижает в целом надежность технологической системы [11-13]. Стружка неблагоприятной формы является причиной поломок инструмента и снижения качества обработанной поверхности изделия и может стать потенциальным источником травматизма обслуживающего персонала [И, 14]. Непрерывная стружка не позволяет автоматизировать операции установки, обработки и контроля, препятствует механизации вспомогательных процессов ее уборки и транспортировки [11,12,15-18]. В современном машиностроительном производстве рост актуальности проблемы обусловлен возрастанием роли лезвийных чистовых операций [1419]. Для процесса чистового точения характерна работа инструмента с высокими скоростями резания и небольшими сечениями срезаемого слоя [20]. В таких условиях стружка имеет высокую температуру и малую жесткость витка, что затрудняет ее дробление [21]. При чистовом точении наиболее простым и достаточно эффективным является способ дробления стружки за счет использования инструментов, оснащенных специальными сменными многогранными пластинами (СМП), получивший широкое распространение за рубежом [12, 22-26]. Современный уровень развития технологии изготовления твердосплавных инструментов предоставляет возможность проектировать рабочие поверхности СМП любой формы [3 6, И, 12, 14]. Разнообразие форм передней поверхности СМП у зарубежных фирм-изготовителей указывает и на то, что нет единого взгляда на процесс стружкодробления и общего теоретического обоснования их проектирования И 12,16-18]. Техническая информация, которой сопровождают свою продукцию зарубежные фирмы-изготовители, носит рекомендательный и, в больщей степени, рекламный характер, что не позволяет достоверно оценивать возможности предлагаемых СМП [16]. Методики эксплуатационные проектирования режущих поверхностей СМП являются промышленными секретами зарубежных фирм изготовителей [11, 12, 16-18]. В результате отечественные машиностроительные предприятия, в том числе и военнопромышленного комплекса, могут оказаться в полной зависимости от импортного инструмента, что приведет к снижению экономической безопасности страны. Поэтому, разработка теории проекгирования СМП с рациональной геометрией, обосновывающая рациональную форму передней поверхности и режущей кромки, является актуальной научной проблемой Целью работы является повышение эффективности чистовой лезвийной обработки пластичных материалов посредством совершенствования существующих и создания новых прогрессивных конструкций инструментов, обеспечивающих дробление стружки и требуемое качество обработанной поверхности, на основе разработки теории многогранных пластин. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Провести классификацию элементарных участков передней проектирования сменных поверхности по функциональному назначению и их систематизацию по форме, и предложить концепцию формообразования сложных поверхностей СМП для чистовой обработки. 2. Разработать новые схемы стружкообразования для инструментов, режущих оснащенных СМП со сложной формой передней поверхности. 3. Разработать комплекс моделей, описывающих изменения характеристик процесса резания для схем стружкообразования инструментов C сложной O формой передней поверхности, позволяющих определять оптимальные условия его работы. 4. Описать механизмы и схемы разрушения сливной стружки при точении на многовитковые или отдельные элементы при чистовой обработке, установить количественные критерии и разработать модель процесса прогнозирования ее дробления на этапе проектирования технологической операции. 5. Теоретически обосновать выбор рациональной формы режущей кромки твердосплавных режущих пластин в условиях чистового точения. Разработать методику проектирования инструментов, оснащенных СМП со сложнопрофильной режущей кромкой и локальным выступом у вершины, и провести экспериментальные исследования их работоспособности в условиях чистового точения. 6. Разработать практические рекомендации по повышению стандартного эксплуатационных характеристик существующих СМП исполнения на основе расширения области режимов резания, при которых обеспечивается дробление стружки в условиях чистовой обработки, и рекомендации по выбору рациональных режимов резания и определению области применения резцов, оснащенных СМП со сложнопрофильными передней поверхностью и режущей кромкой у вершины. Методы исследования. Задачи, поставленные в работе, решались теоретически и экспериментально. Теоретические исследования базируются на основных положениях теории резания металлов и проектирования режущих инструментов, теории пластичности и упругости, методов математического и компьютерного моделирования, дифференциального и интегрального исследования исчисления, теоретической механики. Экспериментальные проводились в лабораторных и производственных условиях с использованием промышленного Обработка оборудования и современных измерительных средств. методами результатов экспериментов осуществлялась математической статистики с применением ЭВМ. Оценка формы стружки и процесса стружкообразования производилась с использованием скоростной кино- и фотосъемки камерой Nikon coolpix 5700. Автор защищает: 1. Концепцию формообразования сложных поверхностей СМП для чистовой обработки 2. Новые схемы и модели стружкообразования при точении пластичных материалов инструментом со сложной формой передней поверхности. 3. Физические процессы при стружкообразовании и схемы разрушения сливной стружки на многовитковые или отдельные элементы при точении пластичных материалов инструментами, оснащенными СМП стандартного и специального исполнения. 4. Систему необходимых и достаточных условий дробления многовитковой стружки при обработке пластичных материалов и методику прогнозирования ее дробления посредством совершенствования конструкций СМП на основе рационального назначения параметров режущей кромки и передней поверхности. 5. Теорию проектирования СМП с рациональной геометрией для чистовой токарной обработки. 6. Конструкции СМП с режущей кромкой у вершины, образованной тремя сопряженными дугами окружностей разных радиусов, ротационными и неподвижными локальными элементами на их передней поверхности. Результаты экспериментальных исследований работоспособности СМП с режущей кромкой у вершины, образованной тремя сопряженными дугами окружностей разных радиусов, ротационными и неподвижными локальными элементами на их передней поверхности. Научная новизна заключается в теоретическом обосновании рациональной геометрии сменных многогранных пластин для чистовой лезвийной обработки с дроблением стружки, базирующемся на синтезе результатов исследования процесса стружкообразования и основных положений разработки: теории резания, содержащей следующие инновационные концепцию формообразования поверхностей СМП для чистовой обработки, основанную на классификации элементарных участков передней поверхности по функциональному назначению и их систематизации по форме, а также на обосновании формы режущей кромки; комплекс моделей процесса резания для схем стружкообразования инструментов со сложной формой передней поверхности с учетом трещины поперечного сдвига; физические основы процесса разрущения витка и систему необходимых и достаточных условий дробления многовитковой стружки при обработке пластичных материалов. Практическая ценность. Практическая ценность выполненной диссертации заключается: в доступных области режимов технологических приемах, позволяющих расщирить стружки и обеспечивающих резания с дроблением повышение эффективности использования существующих конструкций СМП при обработке материалов групп Р и М; в разработанных на уровне изобретений (патент РФ 35989, патент РФ 2247632, патент РФ 35990 и т.д.) конструкций СМП, для оснащения токарных резцов, позволяющих повысить производительность чистовой лезвийной обработки в два раза и обеспечивающих дробление стружки в более широких диапазонах режимов резания; в методологических рекомендациях по выбору и оценке эффективности конструкций СМП со сложной формой передней поверхности на этапе технологической подготовки производства; в практических рекомендациях по назначению рациональных режимов резания с обеспечением дробления стружки при чистовой обработке пластичных материалов инструментами, оснащенными СМП существующих и новых конструкций, в условиях автоматизированного производства.Реализация работы. Результаты данной работы внедрены на «Щекинский завод РТО», ОАО ТНИТИ и ОАО АК 000 «Туламашзавод». Материалы диссертации используются в учебном процессе при изложении курсов лекций: «Металлорежущие инструменты», «Резание металлов». Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на 19 семинарах и конференциях, в том числе на Международной научно-технической конференции (г. Орел, 2003 г.), на Второй международной электронной научно-технической конференции (г. Тула, 2003 г.), на Международной научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения С. Петрухина (г.Тула, 2003 г.), на Международной юбилейной научно-технической конференции «Наука о резании металлов в современных условиях», посвященной 90-летию со дня рождения В.Ф. Боброва (г. Тула, 2004 г.), на Международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию ЛГТУ (г. Липецк, 2006 г.). Публикации. Основное содержание диссертации, полученные результаты, выводы и рекомендации опубликованы в 71 научной работе, в том числе в 3 монографиях, 6 патентах, 32 статьях в сборниках научных трудов, 1 депонированной рукописи, 18 материалах научных конференций, 11 статей в журналах, в том числе 39 статей в рецензируемых изданиях, внесенных в список ВАК. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи
|